膝骨关节炎患者平衡功能下降的影响因素分析

郭燕梅，黄 鹏，瓮长水，陈 蔚，焦伟国，李晓瑛

膝骨关节炎(knee osteoarthritis，KOA)是以膝关节软骨非炎性反应性退行性改变伴关节表面及其边缘反应性新骨形成为特点的一种疾病，也是老年人的常见病、多发病。KOA 患者和与之性别、年龄、身体质量指数(body mass index，BMI)密切相匹配的无KOA 者相比，存在平衡缺陷［1］;KOA 造成的关节损害会导致患者出现下肢运动控制能力下降、运动神经元兴奋性降低、本体感觉精准性受损、肌力下降和功能受限等表现，且KOA 患者会通过姿势摆动频率增加和步态机制改变等变化来适应对疼痛的忍受［2］;KOA 患者表现出的疼痛加剧、僵硬程度加重、功能日趋下降等临床表现和其膝关节影像学改变相比，与跌倒风险有着更为密切的关系［3］。但在上述诸多KOA 患者疾病自身特征性因素中，哪些是导致其平衡功能下降的因素尚未明确。因此，本研究旨在通过多种临床测试方法，收集较为全面的KOA 患者疾病自身特征性因素，以明确导致KOA 患者平衡功能较之无KOA 者更差的疾病自身特征性因素。

1 对象与方法

1.1 对象 2009－09 至2010－12，选择我科就诊的KOA 患者作为受试对象。入选标准符合美国风湿病学会2001 年制定的KOA 诊断标准［4］，满足下列7 项中的3 项即可:(1)年龄≥50 岁;(2)晨僵时间＜30 min;(3)关节活动时有骨响声;(4)膝关节检查提示骨性肥大;(5)有骨压痛;(6)滑膜无明显升温;(7)放射学检查有骨赘形成。排除标准:(1)曾行膝关节置换手术者;(2)下肢在6 个月前曾行外科手术者;(3)类风湿关节炎患者;(4)在过去的30 d 内曾应用阿片类镇痛或皮质类固醇或镇痛注射液干预膝关节疼痛者;(5)高血压未得到很好控制或在运动锻炼期间存在并发心脏病的中高度危险因素者;(6)不能安全参与测试者(例如:严重的视力问题;神经功能障碍;主要或明显受限的腰背痛;严重骨质疏松者;脚踝病变者;不借助辅助工具无法步行10 m 者);(7)无法理解和完成测试者;(8)声明不能参与或完成测试者;(9)经常有头晕或晕眩症状者，有体位性低血压、倾倒发作、外周前庭和(或)中枢神经功能明确病变者;(10)以“太极”作为日常身体锻炼项目者(因有文献报道“太极拳”有助于提高机体的平衡功能［5，6］)。受试者均签署了知情同意书。

1.2 测试步骤与方法

1.2.1 人口统计学基本信息采集 包括年龄、性别、身高、体质量、BMI、患膝视觉模拟疼痛评分(visual analogue pain scale，VAS)、KOA 病程和患膝关节影像学分级。BMI 是评估受试者是否超重的国际通用指标，而超重是导致KOA 的已知危险因素［7］;VAS 评分方法以100 mm 线段为评分尺，受试者根据对疼痛的主观感受在评分尺上用一条垂线划出目前膝关节的疼痛程度。0 mm 为没有疼痛，100 mm为剧烈疼痛。膝关节影像学得分以Kellgren/Lawrence 膝关节影像学分类标准［8］为依据，对受试者放射影像学较差的一侧膝关节进行打分，得分与分级相对应，即:0 级为0 分;Ⅰ级为1 分;Ⅱ级为2 分;Ⅲ级为3 分;Ⅵ级为4 分。

1.2.2 姿势稳定极限性(limits of stability，LOS)测试 应用美国Biodex Medical System 公司生产的Biodex Balance System(BBS)SD 型平衡测试训练系统。受试者站立于测试平台上(测试平台设置为静态水平)，双脚分开、与肩同宽，双手自然悬垂于身体两侧，在不发生双脚位置移动和屈膝动作的前提下，通过身体重心转移来完成身体重心从居中位置分别到前、后、左、右、右前、左前、右后、左后8 个方位的姿势稳定极限测试。这8 个方位的出现顺序是随机的，共测试3 次，每次测试间歇10 s，以第3 次测试所得数值作为测试结果。本研究以LOS 总分作为判断受试者平衡功能的评价指标，LOS 总分越高表明受试者平衡功能越好。

1.2.3 反应性测试 应用荷兰CW Haarlem 公司生产的MRS－E0701 型功能性蹲屈测试训练系统完成反应性测试。受试者仰躺于背靠板上，头部靠于头垫，肩部紧靠肩垫，受测下肢的足部置于踏板上，踝关节处于中立位，髋、膝关节处于屈曲90°位置。铅块重量选择10 kg。测试顺序为先健侧或症状相对较轻侧下肢，后患侧或症状相对较重侧下肢。以患膝的反应时间(reaction time，RT)和整体反应时间(total response time，TRT)作为评价指标［9］:RT越小表明大脑指令患膝对新刺激做出的知觉反应能力越快;TRT 越短表明患膝对反应运动的适应性与可塑性越强。

1.2.4 位置觉测试 应用荷兰CW Haarlem 公司生产的MRS－E0701 型功能性蹲屈测试训练系统完成位置觉测试。受试者仰躺于背靠板上，头部靠于头垫，肩部紧靠肩垫，受测下肢的足部踏放于踏板上，踝关节处于中立位，髋、膝关节处于屈曲90°位置。铅块重量选择10 kg。测试顺序为先健侧或症状相对较轻侧下肢后患侧或症状相对较重侧下肢。以患膝的复位误差平均值［10］作为评价指标，复位误差平均值越大表明患膝本体感觉越差。

1.2.5 等速肌力测试 应用美国Biodex Medical System 公司生产的Biodex System 4 型等速肌力测试训练系统完成受试者的膝关节伸肌(主要为股四头肌)和屈肌(主要为腘绳肌)的等速向心收缩测试。测试前嘱患者常规热身10 min，然后取坐位，髋关节屈曲85°，坐椅及动力头旋转均为0°。测试顺序为先健侧或症状相对较轻侧膝，后患侧或症状相对较重侧膝。两膝测试时间间隔5 min。测试准备体位为膝关节完全屈曲位，使用伸、屈肌向心(concentric，CON)连续收缩模式进行等速肌力测试。伸、屈肌向心收缩测试方案:伸60°/s × 5;屈60°/ s × 5(即慢速向心收缩重复5 次);伸180°/s × 10，屈180°/s × 10(即快速向心收缩重复10 次)。患者在慢速向心收缩测试与快速向心收缩测试之间间歇30 s。取峰力矩(PT)［11］作为评价指标，能够反映受试者患膝的肌力情况。

1.3 统计学处理 应用SPSS 17.0 统计软件包。计量资料以±s 表示。推论性统计部分:(1)以控制年龄变量后偏相关分析检验LOS 总分分别与身高、体质量、BMI、VAS 评分、KOA 病程、患膝的关节影像学分级、RT、TRT、复位误差平均值、60°伸肌峰力矩之间的相关性;(2)以分层多元回归分析探讨各自变量对LOS 总分的影响程度。以P ＜0.05 表示差异有统计学意义。

2 结果

2.1 相关信息 89 例受试者为46 ～93 岁，平均(71.82 ±9.76)岁，其中男67 例(75.30%)，女22例(24.70%)。其他指标，如身高、体质量、BMI、VAS 评分、患膝关节影像学分级、LOS 总分、反应性测试、位置觉测试和等速肌力测试数据(表1)。

2.2 KOA 患者平衡功能相关因素分析 将年龄作为控制因素，经Pearson 偏相关分析后发现LOS 总分与受试者的VAS 评分、患膝RT、患膝复位误差平均值和患膝60°伸肌峰力矩之间均存在相关性(P ＜0.05);但LOS 总分与受试者的身高、体重、BMI、KOA 病程、患膝关节影像学分级和患膝TRT 之间不相关(P ＞0.05，表1)。

2.3 KOA 患者平衡功能影响因素分析 通过进行回归的残差分析和变量之间的多元共线性诊断，检验结果显示各变量间符合无共线性原则。以患膝的复位误差平均值、60°伸肌峰力矩和RT 作为自变量进入对LOS 总分的分层多元回归分析，并以强迫进入法作为回归方程式的建立模式。首先纳入患膝复位误差平均值变量;然后再纳入患膝60°伸肌峰力矩变量;最后再纳入患膝RT 变量，因变量为LOS 总分(表2)，提示患膝的复位误差平均值、60°伸肌峰力矩和RT 这3 个变量是LOS 总分的重要影响因素，可解释LOS 总分26%的变异量。

表1 KOA 患者LOS 总分与采集数据之间的Pearson 偏相关系数(n=89)

表2 KOA 患者LOS 总分影响因素的分层多元回归分析(n=89)

3 讨论

躯体平衡控制对日常生活是极其重要的，从静态姿势维持到复杂的动态活动完成都需要平衡控制的参与。躯体平衡包括静态平衡和动态平衡，KOA患者和与之性别、年龄和BMI 密切相匹配的无KOA对照组相比，存在平衡缺陷［1］，但失衡和跌倒的发生最常见于与运动相关的活动［12，13］中，而几乎很少发生于静止性动作(例如:站立)中。在老年人当中，平衡功能受损与跌倒风险增加也与较差的转移测试有关［14］。因此，本研究着重于反映局部运动活动动态属性的重心转移能力测试——LOS 测试，并将LOS 总分作为KOA 患者平衡功能的评价指标。研究表明，KOA 具有疾病自身的一些特征性表现:(1)超重:是导致KOA 的已知危险因素［7］;(2)下肢肌力下降:尤其以伸肌—股四头肌肌力减弱明显，且股四头肌肌力与膝关节疼痛和功能状况之间存在十分密切的联系［15］，下肢肌力下降也是造成KOA 患者膝关节负重增加和导致病情进一步发展的危险因素［16］;(3)膝关节本体感觉减退:KOA 患者与无KOA 者相比，有着更差的膝关节本体感觉［17］，KOA患者因疼痛而导致失用性肌肉萎缩的同时，会导致肌梭内本体感受器数目的减少及感觉敏感性的减退［18］;(4)Kellgren/Lawrence 膝关节影像学分级:KOA 患者进行骨性关节炎指数(the western ontario and McMaster universities osteoarthritis index，WOMAC)自我评估中的身体功能得分与Kellgren/Lawrence 膝关节影像学分级之间有着较弱的相关性［19］。根据上述KOA 疾病自身特征性表现，加之反应性被认为是老年人中枢神经系统结构和功能退变的最重要敏感指标之一［20］，且研究已证实成年人反应性随着年龄的增长而延长，这种随年龄增长而行动普遍减缓的现象对于老年人意外事件(如跌倒)发生率的上升具有重要的现实意义［21］。因此，本研究有针对性地通过病史询问和相关测试对KOA 患者的年龄、身高、体重、BMI、KOA 病程、膝痛VAS 评分及患膝的关节影像学分级、股四头肌肌力、本体位置觉和反应性等信息进行了采集以进一步明确导致KOA 患者平衡功能较之无KOA 者更差的疾病自身特征性影响因素。

平衡功能与年龄密切相关［22］，随着年龄的增长和各系统生理功能的下降，平衡控制能力也随之下降［23］。60 岁是平衡能力的分水岭，60 岁以后机体的平衡能力每10 年下降16%或更多，80 岁以后平衡功能下降更快［24］。本研究将年龄作为控制因素，并经Pearson 偏相关分析后发现LOS 总分与受试者的膝痛VAS 评分、患膝RT、患膝复位误差平均值和患膝60°伸肌峰力矩之间均存在相关性;但LOS 总分与受试者的身高、体重、BMI、KOA 病程、患膝关节影像学分级和患膝TRT 之间不相关。由此可见，疼痛、大脑指令膝关节对新刺激做出的知觉反应能力、本体感觉、下肢肌力与KOA 患者的平衡功能密切相关。换言之，KOA 患者膝关节疼痛越重、大脑指令患膝对新刺激做出的知觉反应能力越慢、本体感觉功能越差及下肢肌力下降越明显，其平衡控制能力也就越差。在此基础之上，本研究又进一步通过多元线性回归分析发现，患膝的复位误差平均值、60°伸肌峰力矩和RT 是LOS 总分的主要影响因素，且在这3 个主要影响因素之间，大脑指令膝关节对新刺激做出的知觉反应能力与下肢肌力相关(r =－0.211，P = 0.048)，而与膝本体感觉无关(r =0.079，P=0.462)。由此可知，虽然本研究表明膝关节疼痛本身并不会直接引起KOA 患者平衡功能的下降，但由膝关节疼痛导致KOA 患者下肢肌力下降和失用性肌肉萎缩的同时，既会导致肌梭内本体感受器数目的减少及感觉敏感性的减退［18］，又会引起大脑指令患膝关节对新刺激做出知觉反应能力的减慢，从而共同对KOA 患者的平衡控制能力产生更加不利的负面影响。

本研究结果初步表明，超重、膝关节疼痛、KOA病程、膝关节影像学分级不是导致KOA 患者平衡功能下降的主要影响因素，而因膝关节疼痛导致的下肢肌力下降、本体感觉减退和大脑指令患膝关节对新刺激做出知觉反应能力的减慢是导致KOA 患者平衡功能较之无KOA 者更差的疾病自身特征性主要影响因素。

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